DE19960727A1

DE19960727A1 - Stand for an electrical machine

Info

Publication number: DE19960727A1
Application number: DE19960727A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Wehner; Frank Gutjahr
Original assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Current assignee: Baumueller Nuernberg GmbH
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-21
Also published as: EP1109288A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ständer für eine elektrische Maschine mit rotierendem Innenläufer, mit einem den Ständer durchsetzenden Kühlkanal, der um die Läufer-Rotationsachse geführt ist, wobei der Kühlkanal über seinen Längsverlauf mit unterschiedlichen Querschnittsformen oder -weiten aufweisenden Abschnitten gestaltet ist.The invention relates to a stator for an electrical machine with a rotating inner rotor, with a cooling channel passing through the stator, which is guided around the axis of rotation of the rotor, the cooling channel being designed with sections having different cross-sectional shapes or widths over its longitudinal course.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ständer für eine elektrische Maschine mit rotierendem Innenläufer, welcher von wenigstens einem Kühlkanal durchsetzt ist, der um die Läufer-Rotationsachse geführt ist.The invention relates to a stand for an electrical machine rotating inner rotor, which is penetrated by at least one cooling channel which is guided around the rotor rotation axis.

Ein derartiger Ständer ist bekannt (DE 196 51 959 A1): In der genannten Patentveröffentlichung ist ein Ständergehäuse eines Innenläufermotors beschrieben, worin ein Ständerblechpaket eingegossen ist. Zur Mantel- und/oder Röhrenkühlung ist eine das Ständerblechpaket umwindende Kühlrohrschlange vorgesehen, die in die Einheit aus Ständergehäuse und Ständerblechpaket integriert ist. Um für das Ständergehäuse eine kleine Baugröße zu erreichen, wird vorgeschlagen, die Kühlrohrschlange aus einem Metallrohr mit ovalem oder abgeflacht ovalem Querschnitt zu bilden. Dadurch läßt sich eine Verminderung des Durchmessers des Ständergehäuses erzielen. Mit dieser Maßnahme wird allerdings gleichzeitig der Nachteil einer Verminderung des Kühlmittel-Durchflusses und -durchsatzes erkauft.Such a stand is known (DE 196 51 959 A1): In the above Patent publication is a stator housing of an internal rotor motor described in which a stator core is cast. To coat and / or tube cooling is one that wraps around the stator core Cooling tube coil provided, which in the unit from the stator housing and Stand sheet metal package is integrated. To make a small one for the stand housing To achieve size, it is proposed that the cooling coil from one To form metal tube with an oval or flattened oval cross section. Thereby a reduction in the diameter of the stator housing can be achieved. With this measure, however, becomes the disadvantage of one Reduction in coolant flow and throughput purchased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gekühlten Ständer einer elektrischen Maschine die Wirksamkeit des Ständer-Kühlkanals zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Baugröße unter Beibehaltung einer hohen Antriebskraft der elektrische Maschine minimierbar ist.The invention has for its object in a cooled stand electrical machine to increase the effectiveness of the stator cooling duct at the same time the size while maintaining a high driving force the electrical machine can be minimized.

Zur Lösung wird bei einem Ständer mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kühlkanal über seinen Längsverlauf mit unterschiedliche Querschnittsformen oder -weiten aufweisenden Abschnitten gestaltet ist. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The solution to a stand with the features mentioned above proposed according to the invention that the cooling channel over its longitudinal course with different cross-sectional shapes or widths Sections is designed. Advantageous training results from the dependent claims.

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept, die Querschnittsform des Kühlkanals über dessen Längsverlauf bzw. über den Ständerumfang zu variieren, wird die Möglichkeit eröffnet, an bestimmten Umfangsabschnitten oder -bereichen des Ständers die Baugröße, Bauhöhe und/oder die Achshöhe zu beeinflussen, vor allem zu erniedrigen. Dies erfolgt durch eine vorzugsweise partielle Verminderung der Querschnittsbreite oder - weite oder des Durchmessers des Kühlkanals. Zum Ausgleich kann an anderen Ständer-Umfangsabschnitten der Kühlkanalquerschnitt in seiner Breite, Weite oder seinem Durchmesser vergrößert werden, wodurch auch der Kühlmittel-Durchsatz oder -Durchfluß gesteigert wird. An den Ständer-Umfangsabschnitten mit erweitertem Innendurchmesser des Kühlkanals erfolgt dann ein erhöhter Wärmeaustausch und eine effektivere Kühlung, die auch die Ständerbereiche oder Ständerumfangsabschnitte vorteilhaft beeinflußt, die vom Kühlkanal nur mit vermindertem Querschnitt durchsetzt sind.With the concept according to the invention, the cross-sectional shape of the cooling channel to vary over its longitudinal course or over the circumference of the stand Possibility opened, on certain peripheral sections or areas of the Stand to influence the size, height and / or the axis height to humiliate everything. This is done by a partial, preferably Reduction of the cross-sectional width or width or the diameter of the Cooling channel. To compensate for the other stand circumferential sections Cooling channel cross section in its width, width or diameter are increased, which also increases the coolant throughput or flow is increased. On the stand circumferential sections with expanded An increased heat exchange then takes place inside the cooling duct and more effective cooling that also the stand areas or Stand circumferential sections advantageously influenced by the cooling channel only reduced cross section are penetrated.

Für das Ziel einer minimalen Bauform ist es zweckmäßig, wenn die Verminderung des Querschnitts in einer geometrischen Richtung, Linie oder Achse erfolgt, welche der radialen Richtung bzgl. der Läufer-Rotationsachse entspricht. Dies bedeutet bei einer Abflachung des Kühlkanalquerschnitts zu einer elliptisch-ovalen Form, daß die kürzere Ellipsenachse radial verläuft. Entsprechend ist es zweckmäßig, wenn bei rechteckigem Kühlkanal in einem abgeflachten Kanalabschnitt die kürzere Seitenhalbierende radial ausgerichtet ist.For the goal of a minimal design, it is useful if the Reduction of the cross section in a geometric direction, line or Axis takes place which is the radial direction with respect to the rotor rotation axis corresponds. This means that the cross-section of the cooling channel is flattened an elliptical oval shape that the shorter axis of the ellipse is radial. Accordingly, it is useful if in a rectangular cooling channel in one flattened channel section radially aligned the shorter bisector is.

Die Vorteile der Erfindungsidee kommen besonders gut zur Entfaltung bei einer Ständerstruktur mit zwei querschnittlichen Haupt- und zwei dazwischen liegenden Nebenachsen, wobei der Durchmesser oder die Breite oder Weite des Ständers im Bereich der Hauptachsen kleiner als im Bereich der Nebenachsen ist, um Bauhöhe und -größe oder Achshöhe für bestimmte Einbauumgebungen einzusparen. Bei einer solchen Ständer-Struktur wird im Rahmen der Erfindung im Bereich der Nebenachsen der Kühlkanalverlauf mit einem in radialer Richtung größeren Durchmesser und im Bereich der Hauptachsen mit einem in radialer Richtung abgeflachten Durchmesser gestaltet. Damit wird der vorteilhafte Effekt erzielt, daß im Bereich der Nebenachsen ein größerer Volumenstrom bzw. Durchsatz an Kühlmittel vorherrschen kann als im Bereich der Hauptachsen. Erfolgt mithin im Bereich der Nebenachsen ein verstärkter Wärmeaustausch zwischen Ständerblech und Kühlmittel, wird indirekt auch der Bereich des Ständers in den Hauptachsen stärker mitgekühlt.The advantages of the idea of the invention come particularly well into one Stand structure with two main cross sections and two in between lying secondary axes, the diameter or width or width of the stand in the area of the main axes is smaller than in the area of the Minor axes is specific to height and size or axle height Saving installation environments. With such a stand structure is in Within the scope of the invention in the area of the secondary axes of the cooling channel a larger diameter in the radial direction and in the area of Main axes with a diameter flattened in the radial direction designed. This has the advantageous effect that in the area of Secondary axes a larger volume flow or throughput of coolant can predominate than in the area of the main axes. Therefore takes place in the area the secondary axes an increased heat exchange between the stator plate and Coolant, indirectly the area of the stator in the main axes more chilled.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsweges der Erfindung sowie aus den Zeichnungen.Further details, features, advantages and effects based on the Invention result from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawings.

Diese zeigen in:These show in:

Fig. 1 eine axial gerichtete Ansicht auf die Stirnseite eines erfindungsgemäßen Ständers, und Fig. 1 is an axially directed view of the end face of a stand according to the invention, and

Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie II-II in Fig. 1. FIG. 2 is a sectional view along line II-II in FIG. 1.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der dargestellte Ständer aus einem Ständerblechpaket 1 und einem dieses umfassenden Außenmantel bzw. Gehäuse 2 zusammengesetzt. Das Ständerblechpaket 1 ist an seinem Innenumfang, der dem Luftspalt zugeordnet ist, mit einer Vielzahl von Aufnahmenuten 3 für Ständerwicklungen versehen. Eine an die Nuten 3 angrenzende Innenbohrung 4 dient zur Aufnahme eines (nicht gezeichneten) Innenläufers, der zur Drehung um eine Rotationsachse 5 vorgesehen ist. Im Gehäuse 2 ist eine Kühlrohrschlange 6 mit einem Eingangsanschluß 7 und einem Ausgangsanschluß 8 zwecks Herbeiführung einer Röhrenkühlung eingegossen. Die Kühlrohrschlange bzw. der Kühlkanal 6 umwindet das Ständerblechpaket 1 wendelförmig und umläuft dabei die Rotationsachse 5 schraubenlinienartig vom Eingangsanschluß 7 bis zum Ausgangsanschluß 8.According to Fig. 1 and 2 of stator shown from a stator core 1 and a comprehensive this outer jacket or housing 2 is assembled. The stator core 1 is provided on its inner circumference, which is assigned to the air gap, with a plurality of receiving grooves 3 for stator windings. An inner bore 4 adjoining the grooves 3 serves to receive an inner rotor (not shown) which is provided for rotation about an axis of rotation 5 . In the housing 2 , a cooling pipe coil 6 with an input connection 7 and an output connection 8 is cast in order to bring about tube cooling. The cooling pipe coil or the cooling channel 6 winds around the stator core 1 helically and rotates the axis of rotation 5 in a helical manner from the input connection 7 to the output connection 8 .

Der Querschnitt des Ständers 1, 2 besitzt nach Fig. 1 mehrere Symmetrieachsen, nämlich zwei jeweils aufeinander senkrecht stehende und sich in der Rotationsachse 5 schneidende Haupt- und Nebenachsen HA1, HA2, NA1, NA2. Die Nebenachsen NA1, NA2 bilden jeweils eine Winkelhalbierende für das durch die beiden Hauptachsen HA1, HA2 geformte Achsenkreuz. Mit anderen Worten, über den Umfang des Ständers 1, 2 wechselt immer eine Hauptachse mit einer Nebenachse ab. Wie insbesondere aus der Schnittansicht gemäß Fig. 2 erkennbar, ist die radiale Erstreckung EN des Ständerblechpakets 1 im Bereich der Nebenachsen NA1, NA2 bzw. beidseits und in Nachbarschaft von diesen größer als die radiale Erstreckung EH des Ständerblechpakets 1 im Bereich der Hauptachsen oder beidseits bzw. in Nachbarschaft von diesen:
According to FIG. 1, the cross section of the stator 1 , 2 has several axes of symmetry, namely two main and secondary axes HA1, HA2, NA1, NA2, which are perpendicular to one another and intersect in the axis of rotation 5 . The secondary axes NA1, NA2 each form an angle bisector for the axis cross formed by the two main axes HA1, HA2. In other words, a main axis alternates with a secondary axis over the circumference of the stand 1 , 2 . As can be seen in particular from the sectional view according to FIG. 2, the radial extension EN of the stator core 1 in the region of the secondary axes NA1, NA2 or on both sides and in the vicinity thereof is greater than the radial extension EH of the stator core 1 in the region of the main axes or on both sides or in the neighborhood of these:

EN < EHEN <EH

Die Kühlrohrschlange bzw. der Kühlkanal 6 ist im Bereich um die Nebenachsen NA1, NA2 herum im Vergleich zu den Kühlkanalabschnitten, die im Bereich der Hauptachsen HA1, HA2 verlaufen, mit einer Aufweitung 9 versehen, die in bezug auf die Rotationsachse 5 im wesentlichen radial ausgerichtet ist. Die radiale Aufweitung bzw. der Durchmesser-Unterschied in radialer Richtung kommt dadurch zustande, daß im Bereich der Hauptachsen HA1, HA2 der Kühlkanal einen elliptisch-ovalen Querschnitt besitzt, dessen minimaler Ellipsendurchmesser 10 entsprechend der radialen Richtung in bezug auf die Rotationsachse 5 verläuft. Demgegenüber ist, wenn der Kühlkanal 6 von dem Bereich auf den und um die Hauptachsen HA1, HA2 herum in den Bereich auf den und um die Nebenachsen NA1, NA2 herum gelangt, dessen Querschnitt kreisrund gestaltet, wobei der in radialer Richtung des Ständers gemessene Kreisdurchmesser 11 deutlich größer ist als der minimale Ellipsendurchmesser 10 im Bereich der Hauptachsen HA1, HA2. Damit wird im Bereich der Nebenachsen NA1, NA2 ein größerer Volumenstrom und Durchsatz an Kühlmittel als im Bereich der Hauptachsen HA1, HA2 ermöglicht. So kann dem größeren Kühlbedarf des Ständerblechpakets im Bereich der Nebenachsen NA1, NA2 Rechnung getragen werden, der auf die dortige größere radiale Erstreckung EN zurückgeht. Andererseits kann zur Verminderung des Ständerdurchmessers bzw. der Bauhöhe im Bereich der Hauptachsen HA1, HA2 die radiale Erstreckung EN des Ständerblechpakets 1 vermindert sein. Es wird insgesamt bei verminderter Bauhöhe gleichwohl eine optimierte Leistungsfähigkeit für die entsprechende elektrische Maschine erreicht. The cooling tube coil or the cooling channel 6 is provided in the area around the secondary axes NA1, NA2 in comparison to the cooling channel sections, which run in the area of the main axes HA1, HA2, with an expansion 9 which is oriented essentially radially with respect to the axis of rotation 5 is. The radial widening or the difference in diameter in the radial direction arises from the fact that in the region of the main axes HA1, HA2 the cooling channel has an elliptical oval cross section, the minimum ellipse diameter 10 of which corresponds to the radial direction with respect to the axis of rotation 5 . In contrast, when the cooling channel 6 reaches from the area on and around the main axes HA1, HA2 into the area on and around the secondary axes NA1, NA2, its cross section is circular, with the circular diameter 11 measured in the radial direction of the stator is significantly larger than the minimum ellipse diameter 10 in the area of the main axes HA1, HA2. This enables a larger volume flow and throughput of coolant in the area of the secondary axes NA1, NA2 than in the area of the main axes HA1, HA2. In this way, the greater cooling requirement of the stator core in the area of the secondary axes NA1, NA2 can be taken into account, which is due to the greater radial extension EN there. On the other hand, in order to reduce the stator diameter or the overall height in the area of the main axes HA1, HA2, the radial extension EN of the stator core 1 can be reduced. Overall, an optimized performance for the corresponding electrical machine is nevertheless achieved with a reduced overall height.

Reference list

11

Ständerblechpaket
Stand sheet metal package

22nd

Gehäuse
casing

33rd

Aufnahmenuten
Grooves

44th

Innenbohrung
Inner bore

55

Rotationsachse
Axis of rotation

66

Kühlrohrschlange
Cooling pipe coil

77

Eingangsanschluß
Input connector

88th

Ausgangsanschluß
HA1, HA2 Hauptachsen
NA1, NA2 Nebenachsen
EN radiale Erstreckung
EH radiale Erstreckung
Output connector
HA1, HA2 main axes
NA1, NA2 minor axes
EN radial extension
EH radial extension

99

radiale Aufweitung
radial expansion

1010th

minimaler Ellipsendurchmesser
minimal ellipse diameter

1111

Kreisdurchmesser
Circle diameter

Claims

1. Stand for an electrical machine with a rotating inner rotor, with egg nem the stator ( 1 , 2 ) passing through the cooling channel ( 6 ) which is guided about the rotor axis of rotation ( 5 ), characterized in that the cooling channel ( 6 ) above its longitudinal course is designed with sections having different cross-sectional shapes or widths ( 10 , 11 ).

2. Stand according to claim 1, characterized in that the cooling channel ( 6 ) has one or more sections each with a cross-sectional profile which is flattened and / or narrowed in relation to the cross-sectional profiles of other sections in ra dialer direction.

3. Stand according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channel ( 6 ) sections with a circular and with an elliptical-oval cross-sectional profile ( 10 , 11 ), wherein the minimum ellipse diameter ( 10 ) of the elliptical-oval cross-sectional profile with respect to Rotation axis ( 5 ) runs in the radial direction.

4. Stand according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channel sections with square and non-square rectangular Has cross-sectional profile, and in the latter cross-sectional profile shorter bisectors with respect to the axis of rotation in the radial direction tung runs.

5. Stand according to one of the preceding claims, the cross-section of which has two main axes of symmetry (HA1, HA2) which are preferably perpendicular to one another in the axis of rotation ( 5 ) and two secondary axes of symmetry (NA1, NA2) which are perpendicular to one another at the intersection of the main axes, each lying between the two main axes (HA1, HA2), characterized in that in the area of the main axes (HA1, HA2) the cross-sectional profile of both the stand ( 1 , 2 ) and its cooling channel ( 6 ) with respect to the axis of rotation ( 5 ) has a smaller width, width or other extent (EH) in the radial direction than in the area of the secondary axes (NA1, NA2).